礦井通風(fēng)系統(tǒng)多級聯(lián)動控制技術(shù)的應(yīng)用研究

李萌萌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤炭事業(yè)部成莊礦，山西 晉城 048000）

引言

目前，礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)主要采用了獨(dú)立控制模式，只能對通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)速、風(fēng)壓等情況進(jìn)行自動監(jiān)測調(diào)整，不僅無法實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測，也無法對電網(wǎng)供電情況進(jìn)行及時預(yù)警，無法滿足提升礦井通風(fēng)安全性和穩(wěn)定性的需求。

本文提出了一種新的礦井通風(fēng)系統(tǒng)多級聯(lián)動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對通風(fēng)系統(tǒng)、供電網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)測和報警，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的變頻調(diào)整，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)機(jī)反風(fēng)的智能控制和故障自動判斷，有效提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 多級聯(lián)動控制系統(tǒng)

為了滿足通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制需求，本文所提出的多級聯(lián)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制、供電狀態(tài)檢測和地面遠(yuǎn)程控制進(jìn)行有機(jī)的融合，具有結(jié)構(gòu)簡答、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，其整體控制結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1 可知，在每個井下通風(fēng)機(jī)處均有一個本安控制箱，主要用于對通風(fēng)區(qū)域內(nèi)的瓦斯含量、一氧化碳含量、風(fēng)速、溫度等進(jìn)行監(jiān)控，然后通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的分析，確定當(dāng)前風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是否滿足井下通風(fēng)安全需求，針對性地對通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整[2]。

圖1 通風(fēng)機(jī)多級聯(lián)動控制示意圖

在聯(lián)動控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了對井下變電所進(jìn)行監(jiān)測的模塊，用于判斷變電所供電的穩(wěn)定性和可靠性，及時進(jìn)行故障預(yù)警，確保通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。地面調(diào)度中心主要用于接收通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，將其運(yùn)行狀態(tài)直觀地顯示在控制中心內(nèi)，便于監(jiān)測人員對井下的通風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)異常時系統(tǒng)自動進(jìn)行故障定位和報警，便于監(jiān)測人員及時進(jìn)行故障修復(fù)，提升井下通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。

2 風(fēng)機(jī)運(yùn)行雙向自動調(diào)速

礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常情況下為正向通風(fēng)運(yùn)行，但當(dāng)井下出現(xiàn)火災(zāi)或者其他事故時就需要風(fēng)機(jī)能夠進(jìn)行反向運(yùn)行，滿足緊急情況下的通風(fēng)需求。目前對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行方向的控制主要是通過人工手動控制，控制效率低，而且若未嚴(yán)格按照操作程序進(jìn)行切換，還容易引起風(fēng)機(jī)的喘振等，影響通風(fēng)安全。

該通風(fēng)控制系統(tǒng)中設(shè)置了風(fēng)向自動調(diào)控裝置，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的狀態(tài)信息會實(shí)時顯示在工控機(jī)監(jiān)控屏幕上，由于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度和方向是通過調(diào)整電流的工作電源進(jìn)行控制的，因此為了實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的靈活調(diào)整，在系統(tǒng)中增加了變頻控制器，用于實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的平滑調(diào)節(jié)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[3]。

由圖2 可知，該控制系統(tǒng)中變頻器設(shè)置在電源和電機(jī)之間，在風(fēng)機(jī)風(fēng)道內(nèi)設(shè)置有風(fēng)壓變送器，用于對風(fēng)機(jī)的通風(fēng)情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，然后將壓力信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號，傳輸?shù)絇LC 控制中心內(nèi)，通過預(yù)先編制好的控制邏輯實(shí)現(xiàn)對變頻器變頻信號的控制和修正，滿足精確調(diào)整的需求。

圖2 風(fēng)機(jī)變頻控制邏輯示意圖

3 多級聯(lián)動控制故障診斷

由于該聯(lián)動控制系統(tǒng)集成了風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等，因此結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障將極難排查，影響通風(fēng)安全性。本文提出了一種新的系統(tǒng)自診斷控制邏輯[4]，系統(tǒng)在啟動運(yùn)行前首先對系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，確保系統(tǒng)自身各個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，然后在系統(tǒng)運(yùn)行時自動對各監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時收集和對比，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常并滿足既定的判別邏輯后系統(tǒng)既判斷出現(xiàn)了故障，然后自動對故障位置和狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定，同時對故障原因進(jìn)行初步分析，將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控屏幕上，并發(fā)出聲光報警，提醒監(jiān)測人員進(jìn)行快速處理，確保井下的通風(fēng)安全性。

為了對該多級聯(lián)動控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行研究，對優(yōu)化前后的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明，采用新的系統(tǒng)后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的平均故障數(shù)量由最初的24.7 次/月降低到了目前的5.31 次/月，平均故障率降低了78.5%，同時井下用于對風(fēng)機(jī)和供電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、監(jiān)測的人員數(shù)量由最初的24 人降低到了目前的14 人，人員減少了41.67%，顯著提升了煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，具有較大的應(yīng)用推廣價值。

該通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 通風(fēng)聯(lián)動控制系統(tǒng)監(jiān)測界面

4 結(jié)論

1）多級聯(lián)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制、供電狀態(tài)檢測和地面遠(yuǎn)程控制進(jìn)行有機(jī)的融合，具有結(jié)構(gòu)簡答、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)；

2）風(fēng)機(jī)運(yùn)行自動調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的平滑調(diào)整，多級聯(lián)動故障診斷系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對故障的自動診斷和預(yù)警，提醒監(jiān)測人員進(jìn)行快速處理，確保井下的通風(fēng)安全性；

3）新的控制系統(tǒng)能夠?qū)L(fēng)機(jī)運(yùn)行平均故障率降低78.5%，將通風(fēng)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)巡查人員數(shù)量降低36.8%，極大提升了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，具有較大的應(yīng)用推廣價值。